ポリマーやプラスチック製品の品質管理

Illustration QC of finished plastic products


高性能ポリマーは、ほとんどすべての業界で使用されており、ほとんどの消費者製品使用されています。
これらポリマー製品の特徴は、非常に正確で複雑な製造工程を経て完成します。ポリマーが製品仕様に合っているか保証するためには、最終製品の品質管理が製造メーカーや販売会社にとって重要となります。

メトロームでは、ポリマーやプラスチック製品の品質管理に関連する以下のようなアプリケーションデータを公開しています。


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品質管理試験に関わる公定試験法

メトロームの分析装置なら、ASTM、ISO、DIN などの国際的な公定試験法に準拠した測定が行えます。

> メトロームの分析装置で行えるポリマーやプラスチックに関係する公定試験法一覧

 

分光分析によるポリマー試験

分光分析技術によるポリマー試料の分析には、いくつかの利点があります。一般的に、サンプル調整がわずか、もしくはまったく必要なく、測定も非破壊で行えます。結果として、分析工程全体が簡単で時間を節約でき、わずか数秒で正確な結果が求められます。

メトロームの NIRS DS2500 は、さまざまな環境でポリマーの反射率測定が行えます。このコンパクトで丈夫な分析装置は、複数の項目を同時に測定できます。

> NIRS DS2500 アナライザーについて(英語)

> NIRS DS2500 アナライザーできる測定項目

最終製品に含まれる添加剤の測定

ポリマーの添加剤は、特定の色をつけるため、材料をより加工しやすいようにするため、より長持ちさせるため、より柔軟にさせるため、外観を変えるため、などさまざまな目的で使用されます。そのため、これら安定剤が最終製品中に含まれる量は、使用目的に適合しているかを確認するために、必要となります。

分光分析法を利用すると、非破壊でポリマーペレットに含まれる低濃度の添加物を直接測定できます。メトロームは、光安定剤 (Tinuvin 770) や酸化防止剤 (Irganox 225) の測定方法を開発し、分光分析法の使いやすさと用途を紹介しています。

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最終製品の共重合体レベルの測定

ポリマー中の異なるモノマーの順番の影響は、最終製品の品質大きく影響してきます。

分光法では、サンプルの前処理なしで、ポリマーペレットの共重合レベルを測定できます。これにより製品の品質を簡単かつ迅速にチェックすることが可能です。

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ラマン分光法による使用済みプラスチックの高速同定

プラスチック廃棄物の取扱いは、人類にとって現在も将来も大きな課題の一つです。しかし、プラスチック廃棄物をリサイクルするには、取り扱っている材料の種類を判別する必要があります。

ラマン分光法は、ポリマー中の官能基を特定し、ポリマー構造の詳細を明らかにする上で理想的な手段です。ラマン分光法の技術は、材料の種類によりプラスチックを分類することが重要であるため、ラマン分光法の技術は、研究開発や生産現場において大変有効です。ラマン分光法では、ABS、PE、PET、PMMAなどの材料を色、表面に付着している水分、変形、汚れに関係なく、無駄な効果的に判別できます。

> Mira M-1 アナライザー(英語)

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PVCの熱安定度試験

PVC (ポリ塩化ビニル) や他の塩化物含有ポリマーは、入手可能な中で最も汎用性のある有用な合成材料の1つです。しかし、これらの材料は熱安定性が低く、高温では、ポリマーが塩化水素 (HCl) を分解放出していまいます。このPVCの脱塩化水素化は、大きな欠点ではありますが、熱安定剤の添加により大幅に改善することができます。しかし、最終製品の熱安定性は、品質管理の一つとして、とても大切です。

HCl の測定は、ISO 182 Part 3 規格に記載されています。ポリマーの熱安定度を測定する方法として、ポリマーサンプルの加熱、溶液中に形成されるHCl ガスの移動、溶液の導電率が含まれます。

メトロームでは、PVCの熱安定度試験専用装置:895プロフェッショナルPVCサーモマットがあります。この装置を使用すると、PVCサンプルを同時に測定し、コンピュータ上から全て操作ができます。

> 895プロフェッショナルPVCサーモマット

メトロームでは、装置だけでなく、ポリ塩化ビニルや他の塩化物含有ポリマーの熱安定度を測定したアプリケーションデータを開示しています。以下よりダウンロードできます。

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プラスチックに含まれる水分の測定

ポリマーは、水を容易に吸収します。水分が過剰に存在することにより、プラスチックの特性が損なわれることがあります。例えば、ペレット形成の過程において、残留している水分が、溶融ポリマーと反応し、その物理的および化学的特性を劣化させることがあります。

ポリマー中の水分測定で一般的に行われる方法の一つに、乾燥減量法(LOD)がありますが、乾燥減量法による水分の測定は、揮発性成分の総含有量を測定するものです。さらに、乾燥減量法の測定には時間がかかります。

電量法カールフィッシャー水分測定法によるプラスチック中の水分測定

メトロームでは、乾燥減量法に代わる有用な水分測定法として、電量法カールフィッシャー水分測定法をご紹介しています。長年にわたり、多くの測定実績から電量法の有効性は実証されています。

ほとんどのポリマーは、可溶性ではないので、水分は、ポリマーサンプルから加熱により抽出し、蒸発した水分は、乾燥キャリアーガスで電量法水分計へ転送されます。いわるゆる水分気化法の技術は、カールフィッシャー法におけるサンプル前処理技術であり、様々な企画(例:ASTM D 6869-03 or ISO 15512) において推奨されています。

> プラスチックサンプルを含む水分気化装置とカールフィッシャー水分計のアプリケーション紹介ページ

> 電量法カールフィッシャー水分計の多検体自動測定システム(オートサンプラ)

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NIR 分光分析:迅速&非破壊

プラスチック中の水分測定において、電量法カールフィッシャー水分測定法は、主要な測定法ですが、非破壊かつ迅速に測定を行うには、近赤外分析 (NIR) 法があります。メトロームでは、プラスチックコンタクトレンズの水分測定アプリケーションを開発しました。

> メトローム NIRシステムについてさらに詳しく(英文)

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ポリマー中のハロゲンと硫黄:燃焼法イオンクロマトグラフィ

ハロゲンと硫黄を含む有機化合物が燃焼すると、誘導で有害なガスが発生します。火災の際にこの危険性をなくすために、ハロゲンと硫黄の含有量を考慮してプラスチックを検査する必要があります。これらの項目を測定する際には、信頼性が高く、正確で可能な限り短時間でおこなうことが重要です。

燃焼法イオンクロマトグラフィ (CIC) は、この目的のために最適な測定法です。このインライン技術では、試料は加熱により加水分解燃焼され、目的の化合物は気体となり溶液ぬ直接吸収されます。次に、この溶液をイオンクロマトグラフで分析します。燃焼装置と分析装置を組み合わせることで、サンプル処理能力を高め、結果の正確さを高めることができます。
CICは、非常に信頼性が高く、99~102.4%の回収率があります (塩素、臭素、硫黄の濃度が既知の認証ポリエチレン顆粒試料を使用。下記TA-049参照)

燃焼法イオンクロマトグラフィ (CIC) によるハロゲンフリー電気ケーブル&ワイヤーの品質管理試験

現在、ハロゲンフリー (またはゼロ-ハロゲン) 電気ケーブルや配線が多く使用されています。DIN EN 62321-3-2 は、電気および電子製品の総臭素量を測定するために燃焼法イオンクロマトグラフィを採用採用しています。燃焼法イオンクロマトグラフィは、検査されたポリマーが、法律、企画、指令 (IEC 60502-1, RoHS, など) に準拠しているかどうか判別するのに役立ちます。

> 燃焼法イオンクロマトグラフィシステムの紹介ページ

> 燃焼法イオンクロマトグラフィによるポリマーのアプリケーション検索

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電気化学分析装置 (ボルタンメトリー):残留物や不純物の測定

ボルタンメトリーは、電気化学的に活性な物質、例えば無機や有機イオンだけでなく、中性有機化合物を測定するテクニックです。ボルタンメトリーを利用すると、装置価格やランニングコストが比較的安く、短時間で高い精度と感度で、幅広いアプリケーションを測定できます。

残留モノマーの測定:ポリスチレン中のスチレン

スチレンのポリスチレンへの重合後、少量の有毒な発がん性スチレンが最終製品に残っている可能性があります。そのため、ポリスチレン中の残留スチレン含有量を測定する必要があり、ボルタンメトリーを使用しますと容易に測定できます。

> 電気化学分析装置 (ボルタンメトリー) の紹介ページ

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プラスチック中の金属不純物

884 Professional VA, semiautomated, for single determinations

ボルタンメトリーは、あらゆるプラスチック中の金属を測定することができます。ボルタンメトリーで分析するには、有機成分を取り除くため、プラスチック試料を前処理する必要があります。通常、これには石灰化(マイクロオーブン)、燃焼、抽出(鉱酸による)などで行います。原材料の分析でも同じようにして行うことができます。
(くわしくはこちら)。

ボルタンメトリーによるPETに含まれる金属の測定例:
  • アンチモニ―
  • コバルト
  • チタン

> 電気化学分析装置 (VA) の紹介ページ

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導電性ポリマーの限界を押し上げる

一般的に、合成ポリマーは、絶縁体です。しかし、それが広範囲なπ原子系を持っていれば、(半) 導体となり、電気を通します。

最も一般的な導電性ポリマー (CP) 材料は、ポリアニリン、ポリぴろーる、ポリチオフェンおよびその誘導体です。イオン注入や置換基を組み込むことにより、有機発光ダイオード (OLED) から、ポリマー太陽電池や導電性ポリマーがベースのスーパーキャパシタ (超コンデンサ) デバイスや電極など、金属と同じような導電率やユニークな特性が得られます。電気溶着 (電着塗装) の導電性ポリマーやポリマー電解質の電気化学的特性を調べるには、電気化学インピーダンス分光法 (EIS) やサイクリックボルタンメトリーなどによる、その場 (in-situ) での測定が必要となります。これらの最先端技術では、メトロームのオートラボ製品が世界の研究者より使われています。

> メトローム オートラボ製品の紹介ページ (英文)

その他のアプリケーションと装置

滴定によるポリマーや樹脂の末端基の測定

今日、ポリマーや樹脂は、独自の最適な特性を付加して製造されています (テーラーメードによる製造) 。構造上の特性において、官能基は重要な役割を果たすため、酸価やヒドロキシル価を測定することが多くあります。

ダウンロードはこちらから 倉庫での品質管理測定について

ウェビナー (動画):測定が難しいポリマー試料の滴定

測定が難しいポリマーの水酸基価や酸価の滴定方法について、動画でご覧いただけます。

ウェビナー(動画)はこちらから (外部サイト 英語)

バイオプラスチックの酵素による分解の滴定モニタリング

バイオプラスチックは、生物由来原料、又は生分解性であるかのいずれかになります。ポリヒドロシキ(PHB)では両方あります。生分解性ポリエステルは、酵素による分解の最終段階での細菌の高分子貯蔵物質です。酵素分解PHBは、酸塩基滴定で効果的にモニタリングできます。

生合成PHB&生分解性PHBについて